(57)【要約】【課題】  中空糸膜モジュールのろ過性能を大幅に低下させることなく、出来るだけ長期に亘りその運転を継続させて生産性を維持すると共に薬液洗浄の頻度を少なくすること。【解決手段】  上部固定部３と、下部固定部４と、その上端が開口され、その下端が封止された状態で前記上部固定部及び下部固定部にそれぞれ固定されて両固定部間に張設された多数の中空糸膜１からなる特に浸漬型中空糸膜モジュールＭにおいて、前記中空糸膜１の内径が上部に位置するほど大きく、下部に位置するほど小さく構成されていることを特徴とする中空糸膜モジュール。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端固定部と、他端固定部と、その一端固定部側が開口され、その他端固定部側が封止された状態で前記一端固定部及び他端固定部にそれぞれ固定されて両固定部間に張設された多数の中空糸膜からなる中空糸膜モジュールにおいて、前記中空糸膜の内径が一端固定部側に位置するほど大きく、他端固定部側に位置するほど小さく構成されていることを特徴とする中空糸膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川水等の浄水処理、あるいは下水、工業廃水等の膜分離活性汚泥法による汚水浄化処理等に用いられる中空糸モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、膜分離活性汚泥法による汚水浄化処理において、吸引により中空糸膜内を負圧にして被処理水を膜ろ過する固液分離を行って透過水を得る中空糸モジュールが用いられるようになってきている。中空糸モジュールは、例えば、生物反応槽における好気槽で好気性処理された被処理水（活性汚泥混合液）槽中に浸漬設置されて使用される。このような浸漬型の中空糸モジュールとしては、一般に図３示すような構成を有するものが知られている。
【０００３】
すなわち、中空糸モジュールＭは、その本体上部に配置された筒状の上部固定部３と、本体下部に配置された筒状の下部固定部４と、上部固定部３及び下部固定部４とを支持する複数本の支持部材（図示せず）を有しており、両固定部３，４の間に多数本の中空糸膜１がその上端が開口し、下端が封止された状態で張設されている。これらの中空糸膜１は上部固定部３においてその所定数を束ねて接着剤５で結合、固定された中空糸膜束２として形成されている。
【０００４】
上部固定部３内の上部には、集水室６が形成されており、この集水室６に中空糸膜束２を構成する各中空糸膜１がその開口した上端を連通するように設けられている。そして、同上部固定部３の上端に処理水排出口７が設けられ、吸引管（図示せず）に接続されている。
【０００５】
また、下部固定部４には、圧縮空気を供給する空気供給管８が接続されると共に、この空気供給管８から供給される圧縮空気を上部固定部３側であって、かつ中空糸膜束２同士の間やその外周部に噴出させる空気噴出孔９が設けられている。つまり、下部固定部４に設けられた空気噴出孔９により、中空糸膜束２のエアスクラビングによる洗浄が行われるように構成されている。
【０００６】
上記構成の中空糸膜モジュールＭは、各種の被処理水槽中に浸漬して使用され、この中空糸モジュールによるろ過運転に際しては、処理水排出口７に連通した吸引管を介して、吸引ポンプ（図示しない）を作動させることにより、槽中の被処理水を吸引ろ過する。より詳しくは、この吸引作用により被処理水は中空糸膜束２を構成する中空糸膜１の外表面から内部空間に吸引され、この過程で同膜１の厚み方向に形成された多数の微細な連通孔を介して被処理水に含まれり懸濁物質などの固体粒子の膜内への侵入を排除しつつ、清浄水のみを選択的に透過させるろ過がなされる。この清浄水は透過、浸入位置から中空糸膜１内を上方に向かって流れて、複数の中空糸膜束２の上端から集水室６内に流入すると共に、処理水出口７から排出され、吸引管を介して外部に設けられた集水槽（図示せず）にポンプにて吸引、圧送される。
【０００７】
このような中空糸モジュールＭのろ過運転の継続により、中空糸膜１の外表面に有機物などからなる懸濁物質が次第に付着して目詰まりを起こし、次第にろ過性能が低下していく。そのため、必要に応じて、あるいはろ過運転中常時、下部固定部４に設けられた空気供給管８から空気噴出孔９に圧縮空気を供給することにより、エアスクラビングを行って、中空糸膜１の外表面に付着している懸濁物質を除去するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−３２６１４０号公報  そして、上記エアスクラビングなどによってもろ過性能が改善できない状況に至ったときは、最終的に中空糸モジュールを被処理水槽から取り外して、別途設けられた専用の洗浄槽に運び、ここで薬液洗浄を行って懸濁物質を除去し、再使用するようにしていた。
【０００８】
しかしながら、この薬液洗浄は大掛かり作業を必要とすると共に薬液のコストが嵩むなどの不利があり、また、洗浄時には当然ながら対象モジュールによるろ過運転を休止することになり、浄化水など処理水の生産性低下させることにもなるため、この洗浄作業は出来るだけその頻度を少なくすることが望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑み、中空糸膜モジュールのろ過性能を大幅に低下させることなく、出来るだけ長期に亘りその運転を継続させて生産性を維持すると共に薬液洗浄の頻度を少なくすることをその課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、上記課題を解決するために、本発明が提案する手段は、一端固定部と、他端固定部と、その一端固定部側が開口され、その他端固定部側が封止された状態で前記一端固定部及び他端固定部にそれぞれ固定されて両固定部間に張設された多数の中空糸膜からなる中空糸膜モジュールにおいて、前記中空糸膜の内径が一端固定部側に位置するほど大きく、他端固定部側に位置するほど小さく構成されていることを特徴とする中空糸膜モジュール。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、その内径が、中空糸膜の開口側である一端固定部側に位置するほど小さく、他端固定部側に位置するほど大きい中空糸膜を用いて中空糸膜モジュールを構成したことにより、各中空糸膜の透過水の排出方向における被処理水の吸引量が一定、均一に維持され、膜透過時に生成する目詰まりがその全長に亘って分散、緩和されことになり、このため中空糸膜モジュールのろ過性能を従来のものに比べて長期間安定して維持することができ、その生産性を向上させることができる。また、この結果、大掛かりな作業とコストを要する薬液洗浄の実施頻度を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明者は従来の中空糸膜モジュールによるろ過運転の一定期間継続後において、ろ過性能が大幅に低下し、薬液洗浄により再生せざるを得ない状況に至った中空糸膜モジュールの目詰まり状態を観察したところ、その長さ位置によって偏りがあることを発見した。
【００１３】
つまり、モジュールを構成する各中空糸膜の開口側（前記一端固定部側）に位置するほど、目詰まりが顕著に進んでおり、逆に他端側（前記他端固定部側）に位置するほど目詰まりが少ない事実が確認された。従って、中空糸膜モジュールのろ過性能が大幅に低下するのは、もっぱらこの中空糸膜の上部の目詰まり進行に律速されているものと考えることができる。
【００１４】
そして、発明者らはこの上下の位置に置ける不均一な目詰まり現象について検討を重ねた結果、主たる原因は従来のモジュールに用いられている中空糸膜自身の形状にあるものと確信するに至った。
【００１５】
この点について、図２を用いて説明する。図２は、今、前図１のモジュールに張設されたた中空糸膜の全長をＬとして、このＬを有する従来の中空糸膜（一本）の縦断面図を模式的に表したものであるが、この図２のように従来の中空糸膜の形状は、その内径（ｄ）が一定の中空膜である。尚、中空膜の内径（ｄ）は通常０.５〜２.０ｍｍ程度である。
【００１６】
そこで、かかる形状の中空糸膜がポンプによりその開口した上端より圧力ｐで吸引された場合の、モジュールの上下方向に等間隔に設定された異なったＡ〜Ｅの高さ位置での膜面からの被処理水のろ過を想定すると、これらの各位置たＡ〜Ｅにおける吸引量ＶA〜ＶEはその矢印の長さで示すように変化する。すなわち、中空糸膜の上端から下端に向けて離れるほど圧損が大きくなり、各位置における吸引量は、この圧損の影響を受けてＶA＞ＶB＞ＶC＞ＶD＞ＶEとなり、上部に位置するほど大きく、また下部に位置するほど小さくなる。このために、上部では目詰まりの進行が早く、下部ではその進行が遅くなるのである。
【００１７】
本発明は、前記の課題解決のために、この従来の中空糸膜の形状を変更することによって上記各位置での偏った目詰まりの進行現象を防止し、中空糸膜の全長に亘って均一に分散させて、全体として徐々に目詰まりを進行させるようにしたものである。
【００１８】
本発明をその実施形態により説明すると、図１は本発明の中空糸膜モジュールに用いられる中空糸膜（１本）を図２と同様にその縦断面で模式的に表したものである。
【００１９】
この中空糸膜は、図１から明かなように、従来のものと異なり、その内径（ｄ）が一定ではなく、その全長Ｌに亘って変化したもので、開口部の上部に位置するほど大きく、封止されている下部に位置するほど小さく構成された形状を有する。そして、本実施形態にあっては、その内径は下端から上端に向かってテーパー状に拡大している（逆にいえば、上端から下端に向かって縮小している）。
【００２０】
尚、中空糸膜の内径（ｄ）は、開口部の端部は、０.７〜３.０ｍｍ程度であり、封止部は、０.５〜２.０ｍｍ程度である。
【００２１】
そこで、本発明によるかかる新形状の中空糸膜がポンプによりその開口した上端より圧力ｐで吸引された場合の、その上下方向において異なったＡ〜Ｅ（等間隔に設定）の高さ位置での膜面からの被処理水のろ過がどのようになるかを説明する。
【００２２】
この場合は、中空糸膜の上端から下端にかけて距離が遠ざかることよる見掛けの圧損が大きくなることは従来の場合と同様であるが、その内径が下端から上端に向かってテーパー状に拡大しているために、これにより各位置Ａ〜Ｅでの圧損は上端から下端にかけて距離が離れるほど逆に低下することになり、真の圧損はこれらの正逆の影響が相殺され、各位置における圧損は中空糸膜の全長（Ｌ）に亘り、一定となる。
【００２３】
従って、各位置Ａ〜Ｅにおける吸引量ＶA〜ＶEは、その矢印の長さで示すように、ＶA＝ＶB＝ＶC＝ＶD＝ＶEと等しくなる。
【００２４】
このように、中空糸膜の各位置での吸引量が一定に維持されることで、上部における著しい目詰まりの発生などの偏った目詰まりの進行は抑制、防止され、モジュールの上下の全長に亘って均一に分散された状態で徐々にゆっくりと目詰まりが進行することになる。
【００２５】
こうした本発明にかかる上記形状の中空糸膜で構成された中空糸膜モジュールを用いたろ過運転によると、従来のものを使用した場合に比べて、ろ過性能が長期に亘り、維持され、その生産性を高めることができるし、またこの結果、大掛かりな作業とコストを伴う薬液洗浄の頻度を減少させることができ、全体として効率的な被処理水の清浄化を実現することが可能となるのである。
【００２６】
図１に示した前記実施形態における中空糸膜の形状は、内径がテーパー状で一様に変化した例であるが、これに限らずその内径が階段状に変化した形状の中空糸膜を採用しても勿論良く、さらに特に目詰まりの進行が著しい上部の特定部分のみに相当する中空糸膜の内径を拡大した中空糸膜を用いた場合でも本発明の目的を達成することができる。
【００２７】
また、内径が変化した中空糸膜は、公知の中空糸膜の製造方法における紡糸工程において、二重環状の紡糸ノズルを用いて、環状の隙間から紡糸原液を、芯部より凝固流体を流出させて紡糸する際に、凝固流体の流量を電磁弁などの制御手段により経時間的に変化させることにより可能である。すなわち、該流量を増大させれば中空糸膜の内径を大きくすることができ、逆に減少させればせればその内径を小さくすることができる。勿論、本発明ではこの中空糸膜の製造方法については一定の内径を有する従来品を対象とした紡糸工程経た後の例えば加工工程などにおいてその内径を長さ方向に変化させる方法を採用しても良く、特にその製造方法を特定するものではない。
【００２８】
なお、本発明は中空糸膜モジュールに関するものであるが、上記新形状を有した中空糸膜を従来のそれに代えて使用する点が特徴であり、これ以外のモジュールの構成については図３により説明した従来のものと変わりがないため、重複を避けるため、モジュール全体の説明は割愛する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明中空糸膜モジュールの実施形態に適用される新形状の中空糸膜の模式的縦断面図である。
【図２】従来の中空糸膜のモジュール適用されている中空糸膜の模式的縦断面図である。
【図３】一般的に使用されている浸漬型の中空糸膜モジュールの全体構成を示した概念図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…中空糸膜モジュール
２…中空糸膜束
３…上部固定部
４…下部固定部
５…接着剤
６…集水室
７…処理水排出口
８…空気供給管
９…空気噴出孔
【図１】
2006181506.tif 000003
【図２】
2006181506.tif 000004
【図３】
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